一種基于作戰環的作戰體系效能評估方法

張春華，張小可，鄧宏鐘

（國防科學技術大學 信息系統與管理學院，湖南 長沙 410073）

未來信息化條件下作戰，將是信息主導的陸海空多維一體化、網絡化戰爭。在信息技術高度發達的現代戰爭中，裝備間的配合程度日益增強，作戰雙方的對抗更加突出雙方體系整體的對抗，作戰體系的整體效能是決定作戰勝負的關鍵[1]。如何準確評價作戰體系是改進作戰體系結構的前提。傳統的作戰效能評估方法通常采用對作戰體系各種戰技指標層層聚合的方式，這種評價方式體現了裝備性能對作戰效能的影響，但忽略了裝備間的配合關系對作戰效能的影響。本文以復雜網絡理論為基礎，通過抽象核心作戰活動和作戰系統網絡化建模，提出基于作戰環的作戰能力指標，建立評估優化作戰體系網絡結構的方法。本問題的研究對于武器裝備的發展以及作戰應用提供有益借鑒。

1 作戰體系網絡化建模

節點與節點之間的相互關系作為一個整體就是網絡。作戰體系是一個典型的復雜網絡，它由許多的具有自主特性裝備以及各類裝備間復雜的關系組成。這種具有特定功能行為的實體相互之間產生的相互作用表現出來就是戰爭過程中的雙方對抗、各方內部的合作和協同、各方之間的聯合和協同等。要進行作戰行為建模，首先要對紛繁復雜的戰場行為進行抽象，提取出具有典型意義的作戰裝備和作戰行為，建立網絡模型。按照復雜網絡理論，將整個作戰體系的結構通過各級指揮機構及其相互之間的信息關系所構成的整體加以描述。在基于復雜網絡的作戰建模中，把各個作戰單元看成是節點，把作戰單元之間的相互作用看成是邊，這樣就形成了一個描述作戰系統的復雜網絡。圖1是一個典型的作戰體系網絡。

圖1 作戰體系網Fig.1 Information combat system

1.1 作戰節點的抽象

信息技術的發展使得現代武器裝備種類繁多，功能復雜。美國戰略研究中心主任David S.A.認為作戰系統核心中有3種類型的實體：偵察實體、決策實體、攻擊實體，整個作戰活動也圍繞這3類實體展開[2]。澳大利亞國防部科技委員會的Dekker在對C4ISR體系結構的研究中，把指揮控制組織中的實體分為作戰實體、情報實體、網絡、指揮控制實體[3]。美國Alidade國防咨詢公司的Jeff Cares在對信息時代的作戰行為建模研究中，也把武器裝備分為：傳感器實體、決策實體、響應實體、目標實體[4]。基于裝備在作戰活動中的地位作用，本文把作戰體系中的裝備抽象為4類：

1）偵察實體（S）：偵察實體的主要功能是對戰場空間進行情報收集，為指揮決策部門提供信息支持，包括偵察衛星，雷達，預警機及其他偵察裝備。

2）決策實體（C）：表示各級指揮決策中心，它能接受從衛星實體傳來的決策支持信息，對戰場情況進行分析決策，同時對作戰實體發布作戰命令，包括戰區指揮中心，一體化指揮平臺、軍師旅團司令部，營連指揮所。

3）打擊實體（K）：是指在作戰體系中對目標造成直接毀傷的作戰單元，包括戰機、導彈、坦克、步兵分隊等。

4）目標實體（T）：是指在我方攻擊范圍內的敵方目標。

1.2 作戰關系的抽象

現代作戰武器裝備體系功能強大、結構復雜，作戰行為多樣，體系中各個裝備各司其職。一個戰術級的指揮控制過程一般描述如下[5-6]：指揮中心根據偵察衛星等裝備獲取敵方目標信息，并根據使命任務作出決策，將作戰計劃、命令下達到部隊；部隊根據命令以及具體情況完成機動部署和火力打擊；戰場雷達等偵察偵察裝備感知戰場打擊效果，指揮員據此作出新的決策，形成新的作戰流，展開下一輪的指揮控制過程。

現代作戰循環理論認為指揮控制是一個觀察、定位、決策、行動（OODA）循環過程，即把作戰過程簡化抽象描述成一個偵察系統發現目標，而后將目標信息傳給決策中心，決策中心對形勢進行分析后指揮打擊實體對敵方目標實施最終軍事行動的重復循環過程。借鑒這種思想，并結合對作戰單元的抽象，本文在模型中提出了作戰環的概念如圖2所示。作戰環是指為了完成特定的作戰任務，武器裝備體系中的偵察、指控、打擊等武器裝備實體與敵方目標實體構成的有作戰行為關系的閉合回路。作戰環代表了作戰體系的最簡單基本環節，稱作標準作戰環（Standard Operation Loop）。作戰環數量的多少在一定程度上反應了作戰體系可選擇最短路徑的方案的多少，代表了作戰體系的作戰能力。

圖2 標準作戰環Fig.2 Standard operation loop

圖3 廣義作戰環Fig.3 Generalized operation

1.3 作戰網絡參數

網絡參數是作戰體系特征的定量體現，描述了網絡拓撲結構的特征。作戰網絡參數見表1，包括節點數量、作戰網絡各類節點之間的連接概率

1.4 作戰環的計算

取定 ES-C中的 α1和 ET-S中的 η1，向量 α1*βi表示經過第1個偵察節點、決策節點、第i個打擊節點的鏈接情況，向量α1* βi各分量代表是否有完整的單鏈，其中 i=1，2，…，NK，向量γj*η1表示經過第1個偵察節點、目標節點、第j個打擊節點的鏈接情況，向量γj*η1各分量代表是否有完整的單鏈，其中 j=1，2，…，NK。

表1 作戰體系網絡參數Tab.1 Information combat system parameter

那么，向量 α1*βi*γi*η1表示經過第 1個偵察節點、決策節點、第i個打擊節點，目標節點的作戰閉環情況，各分量代表是否有完整的作戰環，其中 i=1，2，…，NK，也即，經過第 1個偵察節點的作戰環的數量為：

其中算子＜＞代表向量各元素的代數和。

分別取定 α2，α3，…，αNS，重復以上步驟，可得作戰體系的作戰環數量為 ：

依照上述方法，只要分別增加計算循環，同樣可以算出廣義作戰環的數量。

2 基于作戰環的作戰體系能力評估

2.1 基于作戰環的效能指標

作戰環代表了作戰體系的最簡單基本環節，作戰環數量的多少反應了作戰體系可選擇的方案的多少，代表了作戰體系的核心能力。在實際的作戰行為中，一個完整作戰活動一般都會經歷多個偵察裝備，經過多個決策實體完成。因此，考慮擴展偵察節點和和決策節點的廣義作戰環，更能體現作戰體系的能力。在廣義作戰環中存在著同類型節點間的傳遞（SS間，CC間），而在實際交戰過程中戰機稍縱即逝，信息傳遞步數越多意味著信息最后的利用率越低，而且在信息傳遞過程中存在著信息的衰減，因而一個有實際作戰意義的廣義作戰環的長度不能過長，因此，在作戰環代數和的基礎上加入環的權重，定義作戰體系網絡效能指標M：

其中k為作戰環的數量，λi為第i個作戰環的邊數。由式（3）可得，若為標準作戰環的話，則對作戰效能的貢獻增益值為1，當作戰環邊數遞增，單個作戰環對體系的整體效能貢獻值呈對數的倒數減緩趨勢。

2.2 基于調整網絡參數的作戰環數量仿真

在作戰環的4類矩陣中，火力打擊能力更多依賴技術的先進度，對敵方目標態勢的跟蹤能力基于偵察技術，可以調整的是在有限的偵察系統保障能力的基礎上，調整指揮決策體系結構，增加適當增加作戰環的數量，增強作戰網絡的效能。下面設置一組網絡參數:NS=30、NK=200、NC=40、NK=200、NT=400、PSC=0.6、PCK=0.8、PKT=0.7、PTS=0.3、PSS=0.5。 對比作戰體系效能在不同的參數PCC下的變化趨勢。

圖4 不同PCC下作戰效能M和廣義作戰環數量的變化Fig.4 Changes of combat effectiveness M and combat cycle quantity under various PCC

由圖4可以看出，隨著PCC的增長，作戰效能M比廣義作戰環數量的增加要緩慢，這符合實際情況。作戰效能值前期增加說明適當增加指揮決策實體間的鏈接可以迅速增加作戰能力，也即意味指揮決策體系應向扁平化網絡化的方向發展。然而在后期這種增長趨于飽和，說明無限增加鏈接關系會增加的作戰環的邊數，造成指揮信息的冗余，因而要尋求指揮體系結構的最優化。

3 結束語

文中以復雜網絡理論為基礎，將作戰體系抽象為由眾多作戰環構成的網絡體系，提出了用作戰體系中基于作戰環的效能評估方法。該方法不同于傳統的通過對體系戰技指標層層聚合的評估方法，突出了作戰活動中裝備之間的配合關系對作戰效能的影響。但是本文暫時并未考慮抽象后的網絡中邊的權重取值問題，權重對作戰環的效能會有較大影響，這也將是本文今后研究的重點。

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